JP5165687B2

JP5165687B2 - 偏波モード分散のモニタリングおよび障害の相関関係

Info

Publication number: JP5165687B2
Application number: JP2009534688A
Authority: JP
Inventors: ラダツツ，ルツツ; スタール，ダーフイツト
Original assignee: アルカテル−ルーセントユーエスエーインコーポレーテッド
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2027-10-29
Also published as: WO2008054697A1; CN101529758B; CN101529758A; US20080101799A1; KR101086213B1; JP2010508707A; EP2082503A1; KR20090073191A; US7995918B2

Description

本発明は、一般には光高速データ伝送の分野に関し、より具体的には、偏波モード分散のモニタリングおよび障害の相関関係に関する。

偏波モード分散（ＰＭＤ）は、時間と共に伝送信号を拡散させる光ファイバシステム内の一効果であり、これにより、シンボル間干渉によって信号低下が起こる。この効果は、製造不備または外的影響によって起こり得る、理想的な円対称からのファイバのずれに本質的に起因する。ＰＭＤはまた、光増幅器内に使用される別個の光学構成要素中に存在し得る。ＰＭＤの瞬時値だけでなく偏光の状態が、時間と共に変化し得ることに留意するのが重要である。これらの変化は、非常に緩慢（例えば、ファイバの温度変化によって起こされた場合）または、急速（例えば、機械的な振動によって起こされた場合）であり得る。ＰＭＤは、１０Ｇｂ／秒以上のビットレートで動作する長距離波長分割多重（ＷＤＭ）システムなどの長距離の高ビットレートのシステムに対する一制限因子である。

伝送システムのＰＭＤ許容限度は、データレート、変調フォーマット、前方誤り訂正（ＦＥＣ）および利用可能なシステムマージンなどのその設計パラメータに依存する。また、ＰＭＤは、受信器の前方に配置される光ＰＭＤ補償器（ＰＭＤＣ）を用いて補償することができる。

光ＰＭＤＣに付随するいくつかの問題がある。これらの問題の１つは、制限されたトラッキング速度（すなわち、信号の偏光の向きおよびＰＭＤにおける急速な変化を追跡するには非効率的な性能）である。光ＰＭＤＣは、伝送リンクと同量だが異符号のＰＭＤを信号に加えることによってＰＭＤを補償し、理想的にはＰＭＤが零になる。トラッキングを喪失することにより、伝送リンク上で生じたＰＭＤの値以上にＰＭＤを受信器で増大させる傾向になる。

光受信器が高いＰＭＤに遭う場合、ビット誤り率（ＢＥＲ）が、前方誤り訂正アルゴリズムの訂正能力以上に増大する可能性がある。したがって、このような事象は、システムのユーザが経験するビットエラーにつながる。このようなエラーは、しばしば一気に発生するので、それらをモニタすることは困難である。

従来技術の様々な欠陥が、ＰＭＤのモニタリングおよび障害の相関関係のための本発明の方法およびシステムによって対処される。ＰＭＤＣ用の帯域幅の要求仕様は、伝送装置の製造者とその顧客（すなわち、サービスプロバイダ）との間で現在、討議の対象である。ＰＭＤＣ用の帯域幅の要求仕様が合意されたとして、伝送エラーが発生してしまった場合に、エラーが、合意された制限を越えた偏光変化の速さのためであり、提供された装置内の障害のためではないことを実証することは、おそらく装置の製造者の課題である。

本発明によれば、受信器により伝送エラーを特定するための方法が提供される。偏光の変化および偏波モードの変化を有する光信号が受信される。偏光の変化の状態が求められる。光信号は、電気信号に変換される。電気信号のビット誤り率（ＢＥＲ）が求められる。偏光の変化の状態およびＢＥＲが解析され、これにより伝送障害が特定される。

本発明の別の態様によれば、偏波モード分散補償器（ＰＭＤＣ）と、光から電気への変換器と、復号器と、制御器とを含む、光信号を受信するための光受信器が提供される。

本発明の別の態様によれば、光ネットワークは、光信号を発生させて発信するための送信器と、光信号を伝播するための伝送リンクと、光信号の偏波モード分散の状態およびビット誤り率を用いて伝送障害を判定するための光受信器とを含む。

本発明の教示は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を考察することによって、容易に理解することができる。

本発明の一実施形態による光高速データ伝送システムを示すハイレベルブロック図である。本発明の一実施形態による光偏波モード分散制御器を示すハイレベルブロック図である。本発明の一実施形態を理解するのに役立つ表である。本発明の一実施形態による方法を示す流れ図である。

理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通な同一の構成要素を示すために同一の参照番号を使用した。

本発明は、光高速データ伝送システムの偏波モード分散のモニタリングおよび障害の相関関係を制御する状況内で主として説明される。しかし、モニタおよび制御のための同様の技法を利用する他のシステムも本発明から恩恵を受けることが理解されよう。

本発明は、その他に光学構成要素を必要としないように偏波モード分散補償器（ＰＭＤＣ）の光学構成要素を利用する。この技法により、偏光の変化率および偏波モード分散（ＰＭＤ）などの情報を得ることができ、この技法は、性能のモニタリングおよび障害の隔離のために使用される。この情報によって、伝送エラーが、装置の問題に起因するのではなく、（例えば、サービス契約に従って）契約上合意された限度を超える偏光の変化に起因するかどうか（すなわち、ファイバの問題対装置の問題）が実証される。

本発明は、一部には、伝送システム内のビットエラーに影響を及ぼすサービスの原因の判定のための、ＰＭＤＣに供給される光信号の偏光の動力学の解析に基づく。

入力偏光の動力学の解析は、入力偏光状態の変化率を求めることによって達成される。偏光制御器が影響を及ぼす偏光の変化は、偏光制御器への制御信号から求められる。一実施形態において、ＰＭＤＣの制御のためにディザーアルゴリズムが使用される。ディザーアルゴリズムの制御信号への影響が考慮されなければならない。これらの影響は、偏光制御器の機能に適用された単純な低域フィルタリング、またはより複雑なデジタル信号処理アルゴリズムによって排除することができる。

偏光制御器の動作から生じる偏光の変化は、フィードバック信号におけるその変化を測定することによって、入力信号の偏光の変化に関係付けることができる。一実施形態において、フィードバック信号は、ＰＭＤＣの後に存在するＰＭＤの量に反比例する。このように、高フィードバック信号値は、ＰＭＤＣが、リンクのＰＭＤを適正に補償している状態に対応するのに対して、低フィードバック信号値は、ＰＭＤＣが、リンクのＰＭＤを補償していない状態に対応する。この実施形態において、フィードバック信号値が高く留まる場合は、ＰＭＤＣはトラッキングしている（すなわち、入力信号の偏光の変化を追跡している）と見なすことができる。フィードバック信号が著しく低下する場合は、ＰＭＤＣは、トラッキングを失ってしまった（すなわち、ＰＭＤＣは、入力信号の偏光状態に対する変化をもはや追跡していない）と見なすことができる。偏光制御器の変化率（すなわち、制御電圧における変動）が急速に生じた場合（すなわち、急落）は、入力信号の偏光の変化率またはＰＭＤが急速すぎてＰＭＤＣによって補償することができない。

ＰＭＤＣのトラッキング動作から得られる情報は、以下のように性能の解析および障害の特定のために使用することができる。

システムに、許容できないほど多数の伝送エラーが見受けられる場合（例えば、ＦＥＣが、それ以上訂正することができず、エラーが、顧客の目につくようになるなど）で、ＰＭＤＣが、トラッキングの喪失または偏光における急速な変化を報告する場合、エラーは、ＰＭＤの効果に起因し得る。ＰＭＤＣが、このような急速な偏光の変化を報告せず、ＰＭＤＣのフィードバック信号が、その時点で低かった場合、伝送リンクのＰＭＤが、ＰＭＤＣの補償能力を越えていると見なすことができる。ＰＭＤＣが、問題を報告しない場合、問題は別の所にあるはずである。

この解析は、顧客と合意したシステム性能のレベルを確認するために使用することができる。ある一定のＰＭＤＣの補償範囲および帯域幅が、製造者によって指定された場合、装置が障害にあるかどうか（すなわち、ＰＭＤＣがトラッキングしていると報告するにも拘らずエラーが発生している）、あるいは偏光変化の速度または顧客のファイバ上のＰＭＤの絶対値が、合意されたＰＭＤＣの性能を越えているかどうか（例えば、エラーが受信器で発生しており、ＰＭＤＣが、トラッキングの喪失または静的な低フィードバック信号を報告しているなど）を判定するのに障害の相関関係が役立つ。後者の場合は、顧客側の障害と考えられる（すなわち、製造者が保証を与えなければならない装置の問題ではない）。ＰＭＤＣ速度の要求仕様は、いまだ一般に合意されておらず、装置の製造者とシステムオペレータとの間の討議の対象であるので、この区別は特に重要である。

図１は、本発明の一実施形態による光高速データ伝送システムのハイレベルブロック図を示す。システム１００は、送信器１１０、伝送リンク１２０および受信器１３０を含む。

送話器１１０は、光信号を伝送する。一実施形態において、送信器１１０は、変調された光信号を発生させるためのレーザおよび変調器を含む。別の実施形態において、送信器の信号は、複数のチャネルを備えた多重光信号である。光信号は、伝送リンク１２０上を伝播する。

伝送リンク１２０は、ファイバ１２３およびリピータ１２６を含む。光信号は、ファイバ１２３に沿って伝播する。リピータ１２６は、必要に応じて信号を調整する。一実施形態において、補償器（図示せず）もまた、伝送される光信号の質を高めるためにファイバに沿って配置される。別の実施形態において、リピータ１２６は、比較的短いリンクにとって必要ではないので、伝送リンク１２０は、リピータ１２６を含まない。受信器１３０は、伝送リンク１２０によってもたらされた光信号を受信する。

受信器１３０は、光偏波モード分散補償器（ＰＭＤＣ）１３２、光から電気への変換器および増幅器１３４、電気ＰＭＤＣ１３６、前方誤り訂正（ＦＥＣ）復号器１３８ならびに制御器１４０を含む。光ＰＭＤＣ１３２は、ファイバによる分散を光学的に補償する。光ＰＭＤＣは、性能解析データを制御器１４０に提供する。補償された光ＰＭＤＣの信号が受信器１３４に伝播され、そこで、信号は電気信号に変換され増幅される。別の実施形態において、受信器は、光ＰＭＤＣ１３２を含まない。電気ＰＭＤＣ１３６は、以前に光ＰＭＣ１３２によって補償されることなく受け取られた電気信号に補償を与える。電気ＰＭＤＣ１３６は、受信器１３４から電気信号を受け取り、ファイバによる変化に対する補償を電気信号に与える。電気ＰＭＤＣ１３４は、制御器１４０に性能解析データを提供する。さらなる実施形態においては、光ＰＭＤＣおよび電気ＰＭＤＣの双方が使用される。補償された電気信号は、ＦＥＣ復号器１３８に伝送され、そこで誤り訂正が実行され、訂正された信号が、出力信号としてもたらされる。ＦＥＣ復号器１３８は、制御器１４０にデータ性能解析データも送る。光ＰＭＤＣ１３２、受信器１３４、電気ＰＭＤＣ１３６およびＦＥＣ復号器１３８は全て、（指定された順序で）フィードバック制御信号を少なくとも１つの先行する構成要素に供給する。制御器１４０は、性能解析データを受け取り、性能解析を提供する。一実施形態において、制御器は、受信器１３０の一部である。別の実施形態において、制御器１４０は、システム制御装置（図示せず）の一部である。制御器は、所望の機能が実行可能であるいかなる場所にも配置することができる。

図２は、本発明の一実施形態による、ある光偏波モード分散制御器（ＰＭＤＣ）のハイレベルブロック図を示す。

光ＰＭＤＣ２１０は、偏光制御器２２０、複屈折の構成要素２３０（併せて２４０）、解析装置２５０、および制御器２６０を含む。偏光制御器２２０および複屈折の構成要素２３０は、光信号を改変する。それら２４０は一体となって、ファイバ内のＰＭＤを補償する。一実施形態において、偏光制御器と複屈折の構成要素の１つのセット２４０が存在する。別の実施形態において、偏光制御器と複屈折の構成要素の複数のセットが存在する。解析装置２４０は、光信号の特性を解析して、制御器２６０にフィードバック信号を与える。この解析装置は、信号がＰＭＤＣを通って伝播した後に留まるＰＭＤの単調関数である出力信号を与えて、出力信号が、フィードバック制御ループのための制御入力として使用できるようにする。偏光の度合いまたは電気スペクトルの構成要素などの、解析装置によって測定することができる、信号の種々の物理的パラメータが存在する。

制御器２６０は、解析装置２４０ならびにシステムの他の構成要素からフィードバック信号を受け取る。制御器は、ＰＭＤの状態と、ＦＥＣ復号器で測定されたビット誤り率とを求める。この情報を使用して、制御器２６０は、何であれ伝送障害があればその種類についての結論に達する。一実施形態において、ＰＭＤＣの制御器２６０は、受信器の制御器の一部である。別の実施形態において、制御器２６０は、光ＰＭＤＣ内の使用専用である。

図３は、本発明の一実施形態を理解するのに役立つ表を示す。

表３００は、フィードバック信号中に伝送されるＰＭＤの状態３１０に対する列を含む。表３００は、ＦＥＣ復号器によって測定されるビット誤り率（ＢＥＲ）３２０に対する列も含む。制御器２６０は、それら２つの列からの情報を利用して結論３３０を下し、何であれ伝送障害があればその理由を把握する。この表は、データベースとして表される。別の実施形態において、この表は、ハードウェアとして提供される。このシステム内で、この表のその他の実施形態が可能である。

一実施形態において、高フィードバック信号は、受信器が、有効な目標値を有する比較的クリーンな信号を受け取ることを示す。ＰＭＤの状態、すなわちフィードバック信号が高３１２で、ＢＥＲが低３２２である場合は、システムは、許容できるパラメータ範囲内で動作していることが結論される。ＰＭＤの状態が高３１４かつＢＥＲが高３２４である場合は、制御器２６０は、ＰＭＤに関係しない伝送障害（すなわち、装置の問題、パワー過渡変動など）が存在すると結論を下す。ＰＭＤの状態が低３１６かつＢＥＲが高３２６である場合は、制御器２６０は、ファイバを通って伝播する信号のＰＭＤが高すぎて、受信器１３０が補償できないなどの偏光効果に関係する伝送障害が存在すると結論３３６を下す。ＰＭＤの状態を表すフィードバック信号における突然の減少３１８があり、ＦＥＣ復号器で測定されるＢＥＲ３２８に突然の増加があった場合は、制御器は、伝送障害３３８がファイバを通って伝播する信号の偏光状態における急速な変化による偏光効果に関係すると結論を下す。

図４は、本発明の一実施形態による方法の流れ図を示す。一実施形態において、この方法は、偏光制御器などのハードウェアで実施される。別の実施形態において、この方法は、コンピュータまたはマイクロコントローラまたはＤＳＰのプログラムなどのソフトウェアで実施される。本発明を実施するための他の実施形態も可能である。

ステップ４１０で方法４００を開始する。

ステップ４２０で、ＰＭＤＣの状態が、そのフィードバック信号の状態から求められる。この算出は、フィードバック信号の振幅および時間に伴うその漸進的変化を解析することによってなされる。この解析によりＰＭＤＣの状態が得られる。ＰＭＤＣの状態は、フィードバック信号を介してシステムの他の構成要素に伝送される。別の実施形態において、ＰＭＤＣの状態は、制御モジュールに伝送される。

ステップ４３０で、ＢＥＲが、誤り訂正を実行する復号器によって得られる。復号器は、受信した光信号から変換された電気信号を受け取る。復号器は、受け取った電気信号をモニタして、受け取るエラーを訂正するよう試みながら、そのエラーの量を追跡記録する。一実施形態において、復号器は、前方誤り訂正の復号器である。他の誤り訂正法を使用してもよい。ＢＥＲの情報は、フィードバック信号としても伝送される。別の実施形態において、ＢＥＲは、制御器または制御モジュールに伝送される。制御器は、さらなる機能を実行して、受け取った信号の誤り率を求める。

ステップ４４０で、ＰＭＤＣの状態および受け取った信号のＢＥＲが解析される。一実施形態において、上述したような表３００の情報を有するデータベースを使用して、制御器内で解析が実行される。他の実施形態において、受信器で収集された情報を解析するために他の性能特性および戦略を用いることができる。一実施形態において、高フィードバック信号は、受信器が、有効な目標値を有する比較的クリーンな信号を受け取ることを示す。ＰＭＤＣのフィードバック信号の状態が高３１２で、ＢＥＲが低３２２である場合は、システムは、許容できるパラメータ範囲内で動作していることが結論される。ＰＭＤＣのフィードバック信号の状態が高３１４であり、かつＢＥＲが高３２４である場合は、制御器２６０は、ＰＭＤに関係しない伝送障害（すなわち、装置の問題、パワー過渡変動など）が存在すると結論を下す。ＰＭＤＣのフィードバック信号の状態が、低３１６かつＢＥＲが高３２６である場合は、制御器２６０は、ファイバを通って伝播する信号のＰＭＤが高すぎて、受信器１３０が補償できないなどの偏光効果に関係する伝送障害が存在すると結論３３６を下す。ＰＭＤＣのフィードバック信号の状態を表すフィードバック信号における突然の減少３１８があり、ＦＥＣ復号器で測定されたＢＥＲの突然の増加３２８がある場合は、制御器は、伝送障害３３８がファイバを通って伝播する信号の偏光状態における急速な変化による偏光効果に関係すると結論を下す。

ステップ４５０で、解析ステップ４４０によって達した結論は、必要な場合には更に処理をするために、よりハイレベルの制御器（図示せず）に伝送される。

ステップ４６０で、このアルゴリズムは、ステップ４２０に戻ることにより連続的にランする。このようにして、長時間にわたるモニタリングが可能である。

本発明の教示を取り入れた様々な実施形態が、本明細書において示され、詳細に説明されてきたが、当業者なら、これらの教示をやはり取り入れた他の多くの変更を加えた諸実施形態を容易に考案することができる。

Claims

受信器により、受信された光信号に関連する伝送障害が光信号を伝播する光ファイバの偏光効果に関係しているかどうかを判定するための方法であって、
偏波モード分散補償器（ＰＭＤＣ）フィードバック信号のレベルと変化率を求めるステップと、
この受信した光信号を電気信号に変換するステップと、
前方誤り訂正の復号器によってこの電気信号のビット誤り率（ＢＥＲ）を求めるステップと、
ＰＭＤＣフィードバック信号のレベルとＰＭＤＣフィードバック信号の変化率およびＢＥＲを解析して、それにより伝送障害を判定するステップとを含む、方法。
ＰＭＤＣフィードバック信号のレベルと変化率を求める前にＰＭＤＣを使用してＰＭＤを補償するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
ＰＭＤＣがＰＭＤを適正に補償している状態に対応する高いレベルのＰＭＤＣフィードバック信号と低いＢＥＲが、受信器の通常動作を示す、請求項１に記載の方法。
ＰＭＤＣがＰＭＤを適正に補償している状態に対応する高いレベルのＰＭＤＣフィードバック信号と高いＢＥＲが、伝送障害は、偏波モード分散に関係していないことを示す、請求項１に記載の方法。
ＰＭＤＣがＰＭＤを補償していない状態に対応する低いレベルのＰＭＤＣフィードバック信号と高いＢＥＲが、伝送障害は、偏波モード分散が高すぎて、受信器が補償できない偏光効果に関係することを示す、請求項１に記載の方法。
ＰＭＤＣフィードバック信号のレベルの突然の減少およびＢＥＲの突然の増加が、伝送障害は、光信号の偏光状態の変化の速度が受信器には余りに速い偏光効果に関係することを示す、請求項１に記載の方法。
光信号を受信し、光信号に関連する伝送障害が光信号を伝播する光ファイバの偏光効果に関係しているかどうかを判定するための光受信器であって、
受信した光信号を補償するように構成された偏波モード分散補償器（ＰＭＤＣ）と、
補償された光信号を電気信号へ変換するように構成された光から電気への変換器と、
電気信号のビット誤り率（ＢＥＲ）を求めるように構成された前方誤り訂正の復号器と、
ＰＭＤＣのＰＭＤＣフィードバック信号のレベルと変化率を求め、
ＢＥＲを求め、
ＰＭＤＣフィードバック信号のレベルとＰＭＤＣフィードバック信号の変化率およびＢＥＲを解析して、それにより伝送障害を判定する、
ように構成された制御器とを備えた、光受信器。
光信号を送信するように構成された送信器と、
光信号を伝播するように構成された伝送リンクと、
光信号を受信し、光信号に関連する伝送障害が光信号を伝播する伝送リンクの偏光効果に関係しているかどうかを判定するように構成された光受信器とを備え、
前記光受信器が、
偏波モード分散補償器（ＰＭＤＣ）フィードバック信号のレベルと変化率を求め、
この受信した光信号を電気信号に変換し、
前方誤り訂正の復号器によってこの電気信号のビット誤り率（ＢＥＲ）を求め、
ＰＭＤＣフィードバック信号のレベルとＰＭＤＣフィードバック信号の変化率およびＢＥＲを解析して、それにより伝送障害を判定する、ように構成されている、光ネットワーク。
伝送リンクがリピータを含む、請求項８に記載の光ネットワーク。